論熱塑性復(fù)合材料在汽車外飾件上的應(yīng)用

楊亞坤

關(guān)鍵詞：汽車外飾件;熱塑性復(fù)合材;質(zhì)量提升

復(fù)合材料是汽車外飾件上的常用材料，主要以樹脂為基體，同時(shí)復(fù)合其他材料，增強(qiáng)其使用性能[1]。由于車用復(fù)合材料中的基體材料具有熱固性特征，使用后無(wú)法回收利用，因此復(fù)合材料也具有相關(guān)性能。汽車外飾件生產(chǎn)過(guò)程中的報(bào)廢件、邊角余料都無(wú)法二次利用，主要通過(guò)焚燒、掩埋等方式處理，給環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅。但以聚丙烯（PP）為主的新一代熱塑性復(fù)合材料，能夠有效規(guī)避其回收利用弊端，并且成型情況好，可以滿足汽車外飾件生產(chǎn)的多形態(tài)需求與安全要求，應(yīng)用價(jià)值高，已經(jīng)被汽車外飾件生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。由此可見，文章分析汽車外飾件上使用熱塑性復(fù)合材料是十分必要的。

1 種類及性能

1.1玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性片材（GMT）

GMT基體材料采用的為聚丙烯，該材料加工性好，綜合性能高，能夠在生產(chǎn)后長(zhǎng)期貯存，從而廣泛地應(yīng)用于汽車外飾件生產(chǎn)中。GMT制品要求：（1）生產(chǎn)中片材預(yù)熱溫度要求≥220℃;（2）制零件溫度為50℃（±10℃）。GMT制品性能：（1）韌性度高;（2）抗沖擊能力強(qiáng);（3）強(qiáng)度高。在汽車外飾件中，GMT制品主要被應(yīng)用在座椅骨架、底護(hù)板、汽車儀表板骨架等對(duì)于強(qiáng)度要求較高的外飾件生產(chǎn)中。

1.2纖維連續(xù)紗增強(qiáng)或者短切纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（LFT）

LFT材料制品性能：（1）具剛度高;（2）強(qiáng)度高;（3）材料十分穩(wěn)定，耐蠕性強(qiáng);（4）能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)短纖維增強(qiáng)熱塑性不足問(wèn)題。LFT材料制品主要被應(yīng)用在變速手柄、油門踏板、塑料齒輪等。在實(shí)際生產(chǎn)及應(yīng)用過(guò)程中，由于LFT材料設(shè)計(jì)自由度高，如果能夠合理控制汽車外飾件結(jié)構(gòu)，可以將其作為汽車上大型骨架的零件材料。

2 聚丙烯材料常見問(wèn)題

2.1涂覆較為困難

PP熱塑性復(fù)合材料結(jié)晶度高，屬于非極性高分子材料，從而導(dǎo)致其表面能不高，實(shí)際應(yīng)用中很難與油漆等材料進(jìn)行粘合。如果將PP熱塑性復(fù)合材料直接涂覆在相關(guān)材質(zhì)上，很容易導(dǎo)致材料玻璃。

2.2外露玻璃纖維

PP熱塑性復(fù)合材料中約有30%（±10%）的成分為玻璃纖維，目的是為了增強(qiáng)材料的強(qiáng)度[2]。生產(chǎn)PP熱塑性復(fù)合材料過(guò)程中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)其玻璃纖維含量，達(dá)到增強(qiáng)材料強(qiáng)度的目的。一般情況下，PP材料中玻璃纖維含量<40%主要用于汽車內(nèi)部夾層，基本不會(huì)外露。但如果不經(jīng)過(guò)特殊處理，將≥40%玻璃纖維含量的PP材料應(yīng)用于壓膜與注塑中，則容易出現(xiàn)玻璃纖維外露問(wèn)題。

3 質(zhì)量提升措施

3.1材料選擇

使用PP材料生產(chǎn)汽車外飾件時(shí)要選擇合適的材料，可以滿足制品要求，具體方法如下：（1）選擇讓熔融指數(shù)偏高的聚丙烯樹脂，以此提高材料的流動(dòng)性能。需要注意在利用PP材料生產(chǎn)汽車外飾件時(shí)，如果過(guò)于強(qiáng)調(diào)強(qiáng)度，忽視了其熔融指數(shù)，降低材料的流動(dòng)性能;（2）樹脂材料的玻璃纖維浸潤(rùn)性直接影響玻璃纖維是否外露，因此要選擇浸潤(rùn)性更高的樹脂材質(zhì)。此外，在材料配方控制過(guò)程中，也應(yīng)該考慮到材料流動(dòng)性與浸潤(rùn)性需求，增加玻璃纖維材料與樹脂材料的融合。

3.2注塑成型

使用LFT材料制成汽車外飾件時(shí)，需要改善其注塑成型工藝，才能夠更好地提升制品質(zhì)量，具體方法如下：（1）模具有較大的澆注口，形狀為圓形，流道也要做到盡量增大，采用圓形設(shè)計(jì);（2）設(shè)計(jì)的汽車外飾制品避免有凸起、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，避免降低玻璃纖維的流動(dòng)性;（3）盡量采用熱模生產(chǎn)，減少冷模上浮纖的出現(xiàn);（4）使用的模具應(yīng)該具有加溫功能，能夠?qū)⒉牧霞訙氐?5℃（±15℃），能夠提高材料的流動(dòng)性，讓樹脂在產(chǎn)品表面集中，從而提升制品的美觀度;（5）所使用的模具應(yīng)該具有科學(xué)的排氣結(jié)構(gòu)、流道等，讓材料在模具內(nèi)部流動(dòng)更加順暢。

3.3模壓工藝

GMT、LFT材料使用前都需要進(jìn)行預(yù)熱，因此相關(guān)質(zhì)量提升方法如下：（1）結(jié)合實(shí)際情況提高加熱溫度;（2）合理縮小壓機(jī)與出口之間的距離;（3）控制好模壓操作中材料溫度;（4）提高其流動(dòng)性能;（5）注意控制模壓速度、壓力;（6）實(shí)際操作過(guò)程中可以使用大型壓機(jī)開展相關(guān)工作;（7）加料過(guò)程中所使用的輔助材料也應(yīng)該注意其流動(dòng)性，注意控制材料的流動(dòng)距離;（8）需要注意，在設(shè)計(jì)磨具時(shí)盡量減少大平面設(shè)計(jì)，適當(dāng)增加弧度，減少材料流動(dòng)性差對(duì)于成品外觀的影響。

3.4構(gòu)件設(shè)計(jì)

使用PP材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須要注意以下幾點(diǎn)：（1）用熱塑性復(fù)合材料代替金屬材料時(shí)，要結(jié)合汽車外飾件生產(chǎn)要求重新進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì);（2）綜合考慮材料的綜合性能，設(shè)計(jì)的構(gòu)件要與材料性能相符;（3）為了更好地提升熱塑性材料在生產(chǎn)中質(zhì)量，構(gòu)件設(shè)計(jì)厚度<6mm，減少氣泡的產(chǎn)生;（4）設(shè)計(jì)過(guò)程中構(gòu)件不要過(guò)寬、過(guò)高，多以圓角設(shè)計(jì)為主，減少尖銳處;（5）設(shè)計(jì)過(guò)程中減少部件的凸起設(shè)計(jì)，避免材料形成后脫模困難。

3.5表面處理

具體方法如下：（1）通過(guò)腐蝕性花紋處理一些外觀瑕疵處，遮擋材料波紋處;（2）采用“前處理→噴涂底漆→噴涂面漆”三道工序處理其表面。

結(jié)語(yǔ)：

汽車外飾件生產(chǎn)中采用熱塑性復(fù)合材料，能夠設(shè)計(jì)多種外飾構(gòu)件，滿足其生產(chǎn)需求。但也需要意識(shí)到熱塑性復(fù)合材料使用過(guò)程中存在多種問(wèn)題，需要采取有效的質(zhì)量改善措施，彌補(bǔ)其性能不足，才能夠更好地發(fā)揮其材料應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)的汽車外飾件。

參考文獻(xiàn)：

[1] ACTC（先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)中心）. 真空固結(jié)工藝助推碳纖維熱塑性復(fù)合材料的大規(guī)模應(yīng)用[J]. 汽車制造業(yè)，2021（11）：36-38.

[2] 馬國(guó)維，方晶，周立，等. 新一代汽車內(nèi)外飾用GMT新材料及其回收再利用技術(shù)[Z]. 浙江華江科技股份有限公司. 2020.